SiC微粉含量对2D-SiC_f/SiC复合材料力学性能影响

对PIP法制备2D-SiC_f/SiC复合材料成形浆料中惰性填料SiC含量对2D-SiC_f/SiC复合材料孔隙率、纤维体积分数以及力学性能影响进行研究.研究表明,SiC微粉含量较低时,浆料粘度过低,导致层间存在较大气孔,纤维体积分数不高,致使复合材料力学性能不佳,当SiC微粉含量过高时,浆料粘度过大,层间基体厚度增加,纤维体积分数下降,并且浸渍效率降低,孔隙率增大,复合材料力学性能下降.当SiC微粉含量为33.3%时,复合材料具有较低的孔隙率和较高的纤维体积分数,复合材料具有较好的力学性能,弯曲强度和断裂韧性分别达到211.7 MPa和8.56 MPa·m~(1/2).     

纤维预热温度对3D-C_f/Al复合材料显微组织及力学性能的影响

采用真空气压浸渗法制备纤维体积分数为51%的三维五向编织M40碳纤维增强铝基复合材料(3D-C_f/Al),研究纤维预热温度对3D-C_f/Al复合材料显微组织与力学性能的影响,并对比研究3D-C_f/Al复合材料与单向连续C_f/Al复合材料的差异。结果表明:复合材料致密度随着编织体预热温度的提高而增大,提高预热温度可有效减少复合材料内部孔洞和纤维偏聚等浸渗缺陷;复合材料的拉伸强度随纤维预制体预热温度的提高而显著降低。其中,在预热温度500℃、浸渗温度720℃、浸渗压力7 MPa和保压时间20 min的工艺条件下,所制备的3D-C_f/Al复合材料致密度为97.3%,拉伸强度为777.8 MPa,弹性模量为186.1 GPa。     

编织结构对3D-C_f/Al复合材料显微组织与力学性能的影响

选用三维五向和三维正交两种编织结构的纤维预制体,采用真空气压浸渗法制备纤维3D-C_f/Al复合材料,研究编织结构对3D-C_f/Al复合材料显微组织和拉伸强度的影响。结果表明:编织结构对3D-C_f/Al复合材料的显微组织与力学性能具有显著影响。其中,三维五向和三维正交C_f/Al复合材料平均致密度分别为97.7%和98.3%,三维五向C_f/Al复合材料存在少量的束间孔洞、气孔缺陷,而三维正交C_f/Al复合材料存在少量纤维团聚缺陷;三维五向C_f/Al复合材料的拉伸强度、拉伸模量及泊松比均明显高于三维正交C_f/Al复合材料的,二者的平均拉伸强度分别为753.5 MPa和644.1 MPa,拉伸模量分别为194 GPa和150 GPa,泊松比分别为0.89和0.04;三维五向C_f/Al复合材料的抗弯强度、弯曲模量均明显低于三维正交C_f/Al复合材料的,二者平均抗弯强度分别为931.8 MPa和1010.3 MPa,弯曲模量分别为134.2 GPa和154.6 GPa。通过对预制体编织结构的设计,可实现3D-C_f/Al复合材料性能设计。     

热压工艺对C_f/Al叠层复合材料组织及力学性能的影响

以1060Al箔、HL403铝合金粉和M40单向碳纤维布为原材料,纤维体积分数为22.80%,采用真空热压法制备了C_f/Al叠层复合材料。通过正交试验法研究了热压温度、热压时间和热压压力等工艺参数对复合材料组织和力学性能的影响。结果表明,热压时间对复合材料的抗拉强度影响最为显著,热压温度对复合材料的致密度影响最为显著。1060Al箔与M40单向碳纤维布之间加入HL403铝合金粉,降低了热压温度,减缓了界面反应,同时生成的Al_2Cu相抑制了Al_4C_3脆性相的生成,提高了复合材料的力学性能。当热压温度为510℃,热压时间为180 min,热压压力为15 MPa时,C_f/Al叠层复合材料的基体与纤维结合较好,铝基体层与纤维增强层交替排布,纤维分布均匀。C_f/Al叠层复合材料断裂时有大量纤维被拔出,拉伸断口表现为铝基体层的韧性断裂与纤维增强层的脆性断裂。C_f/Al叠层复合材料的密度为2.492 g/cm~3,致密度为99.80%,抗拉强度为254.75 MPa,抗弯强度为334.97 MPa。     

无压浸渗高含量SiCp/Al复合材料的组织及压缩力学性能

采用无压浸渗工艺制备出了SiC体积含量达65%的SiCp/Al复合材料,其颗粒分布均匀,试样的致密度较好。动态压缩力学试验表明高含量SiCp/Al复合材料在高应变率下具有明显的应变率效应,其压缩力学行为具有明显的颗粒尺寸依赖效应,在不同应变率下均发现,含较小碳化硅颗粒的复合材料具有较大的屈服应力及流动应力。     

深冷保温时间对三维正交Cf/Al复合材料显微组织与力学性能的影响

采用真空气压浸渗法制备了纤维体积分数为50%的三维正交Cf/Al复合材料,主要研究了深冷保温时间对复合材料残余应力、致密度、组织及力学性能的影响,并分析了其影响机理。结果表明,深冷处理改善了三维正交Cf/Al复合材料的显微组织,提高了其致密度,且对三维正交Cf/Al复合材料的残余应力、力学性能有显著的影响。经过深冷处理后,三维正交Cf/Al复合材料的残余应力降低,且随深冷保温时间的增加,残余应力值不断降低。而且深冷处理显著提高了三维正交Cf/Al复合材料的抗拉强度和弹性模量,经36h深冷处理的三维正交Cf/Al复合材料的抗拉强度和弹性模量达到841.33 MPa、132.19GPa,较铸态下的738.85 MPa、105.80GPa分别提高了13.9%、24.9%。经过深冷处理后,显微组织的改善及残余应力的释放是三维正交Cf/Al复合材料力学性能提高的主要原因。     

凝固速率对Al3Ti/Al复合材料显微组织的影响

以Al-Ti为反应体系,采用熔体反应法原位合成Al3Ti/Al复合材料,并采用XRD、SEM等方法研究了凝固速率对该复合材料显微组织的影响.结果表明,不同凝固速率对Al3Ti颗粒的形貌及尺寸有较大的影响,在较慢凝固速率砂型模浇注制备的复合材料中,Al3Ti呈长针状,长度在50～150 μm;在较快凝固速率铜模浇注制备的复合材料中,Al3Ti呈短棒状,长度在10 μm左右,但在铜模凝固层最薄处的组织中,Al3Ti呈四角形状,尺寸在10μm以下;随着凝固速率的增加,Al3Ti/Al复合材料的晶粒尺寸逐渐减小.     

球磨时间对Mg/HA复合材料组织与力学性能的影响

采用干磨方式对70％Mg+ 30％HA配比的复合材料进行高能球磨,随后在300 MPa下冷压成φ15 mm×4mm片状试样,用于显微组织观察与力学性能测试.然后在500℃下常压烧结1h.实验测定了复合材料烧结体的抗压强度和硬度,通过扫描电镜和光学显微镜分别观察了压缩试样的断口形貌和烧结体的表面形貌.结果表明:随球磨时间的延长,粉末得到充分混合及细化,HA相均匀分布在Mg基体中,烧结体的抗压强度和硬度均增大.     

烧结压力对SiC/6061Al复合材料组织和力学性能的影响

采用真空热压烧结法制备了φ(SiC_p)=30%的SiC/6061铝基复合材料,观察复合材料的显微组织,检测复合材料的密度和抗拉强度,研究烧结压力对复合材料性能的影响。结果表明,采用真空热压烧结法制备的SiC/6061Al复合材料,没有新相生成;随着烧结压力的增大,复合材料的密度增大,抗拉强度也增大;复合材料基体与增强体之间的界面结合情况良好。     

等温时间对半固态挤压Mg_2Si/Al复合材料组织和力学性能的影响

分别采用熔铸法和半固态挤压法制备了Mg_2Si/Al复合材料,研究了挤压比压为255 MPa,等温温度为565℃时,等温时间对半固态挤压复合材料的组织及力学性能的影响。结果表明,等温时间50、60、100和160 min条件下,α-Al基体和Mg_2Si增强相皆出现球化。硬度测试结果表明,等温时间50、60、100和160 min条件下,半固态挤压Mg_2Si/Al复合材料的布氏硬度分别比熔铸法增幅33.04%、39.13%、23.48%和18.26%。拉伸测试结果表明,T6热处理后,50、60、100和160 min等温热处理时间的半固态挤压Mg_2Si/Al复合材料的抗拉强度分别为202、275、224和210 MPa,伸长率分别达到了4.28%、8.76%、5.5%和2.18%。     

热暴露对B/Al复合材料力学性能的影响

研究了由热等静压工艺制备的B/Al复合材料在 30 0℃和 5 0 0℃条件下经不同时间热暴露处理后的力学性能及断口特征 ,从界面微观特征的角度分析了温度和时间等参数对性能产生影响的原因。实验结果表明 :在30 0℃长时间 (5 0～ 10 0h)热暴露后 ,性能下降幅度约为 2 0 %～ 30 % ;温度为 5 0 0℃时 ,经较短的时间 (数小时 )热暴露后性能显著下降。微观分析表明 :在 30 0℃长时间热暴露后没有明显的界面反应 ,在 5 0 0℃数小时热暴露后出现纤维和基体的界面反应层 ,界面反应的发生使力学性能降低。     

CNTs含量对CNTs/Al复合材料力学性能的影响

用羧基化方法对CNTs(碳纳米管)进行预处理,增强其分散性。通过粉末冶金法制备了CNTs含量为0~2.0%的铝基复合材料,并对热挤压前后的力学性能进行了测试。结果表明,复合材料的力学性能均随CNTs含量的增加而增加,CNTs含量为1.0%的铝基复合材料的抗拉强度可达158 MPa,比同样条件下不含CNTs的纯铝抗拉强度(113 MPa)高40%。当CNTs含量在1.0%以下时,CNTs/Al复合材料的硬度、屈服强度和抗拉强度均与CNTs含量的平方根成正比,这表明其主要强化机制应是CNTs的弥散强化。     

Al对Ni-CCNTs/Mg复合材料高温力学性能的影响

采用搅拌铸造法制备了化学包覆Ni-CCNTs/Mg复合材料.测试了铸态条件下复合材料的高温力学性能,并对微观组织进行了观测和分析.试验结果表明,Al的加入能显著提高复合材料的高温性能.当Al含量为8%时,复合材料高温抗拉强度达到最大值152.3 MPa,相对于原始试样(未加Al的试样,抗拉强度为57.7 MPa)提高了164.2%;随着Al含量增加,金属间化合物Mg17Al12相的数量增多,并变得更加连续,与此同时晶粒明显变细.     

ECAP工艺对TiAl_3-P/Al复合材料组织的影响

利用透射电子显微镜和光学显微镜研究了窀温下1～8道次等通道角挤压（ECAP）3工艺对TiAl3-P／Al复合材料组织的影响。结果表明,在ECAP挤压初期Al基体中的位错密度很高,在2道次后急剧降低;组织中位错墙比例在开始也呈现升高的趋势,随着应变量的增加,逐渐向小角度晶界转变;小角度晶界的出现比位错墙晚,晶内小角度晶界的比例变化趋势也是一个先增加后降低的过程,最终转变为大角晶界。ECAP过程中,TiAl3颗粒对Al基体组织变化的作用不明显。ECAP变形有效破碎了较大尺寸的TiAl3颗粒并改善了TiAl3颗粒在Al基体中分布的均匀度。板条状TiAl3在ECAP变形中不仅发生了脆性断裂,还发生了孪生变形,与基体金属的变形相互协调,使少量大尺寸TiAl3颗粒保留下来。     

Al含量对ONTs/镁基复合材料显微组织和力学性能的影响

研究了Al含量时CNTs/镁基复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明:Al是CNTs/镁基复合材料中强化相β相的组成元素,Al含量的增加使CNTs/镁基复合材料中β相也增加,提高了复合材料的强度但降低了其塑性.当Al含量为8%时,复合材料晶粒细小,并具有最佳的强度、硬度和塑性组合;随着Al含量的进一步增加,β-Mg17Al12相析出增加,在复合材料中出现粗大的、沿晶界连续分布的金属间化合物Mg17Al12相,导致抗拉强度和伸长率下降.     

织物结构对2.5D-C_f/Al复合材料微观组织与力学性能的影响

选用浅交弯联、浅交直联、层联结构的M40碳纤维机织物为增强体材料,采用真空气压浸渗法制备纤维体积分数为48%,基体合金为ZL301的2.5D编织M40碳纤维增强铝基复合材料(2.5D-Cf/Al),研究织物结构对2.5D-Cf/Al复合材料微观组织与力学性能的影响。结果表明:复合材料的致密度随着织物结构的改变而变化,其中浅交直联结构的2.5D-Cf/Al复合材料的致密度最大为98.5%;织物结构对复合材料的经向拉伸强度有较大影响,浅交直联结构的2.5D-Cf/Al复合材料经向拉伸强度最高,为414.85 MPa,其拉伸断口参差不齐,呈现出适中的界面结合强度;织物结构对复合材料纬向拉伸强度的影响较小,拉伸断口形貌差异不明显。     

凝固速率对Mg_2Si/Al复合材料组织和力学性能的影响

在不同凝固速率条件下制备了原位内生Mg_2Si和Si颗粒增强的Mg_2Si/Al复合材料,研究了凝固速率对其组织和力学性能的影响。结果表明,随着凝固速率增加,初生Mg_2Si和初生Si的颗粒数量增加,多边形初生Mg_2Si趋向转变为四边形形貌,初生Si形貌则无明显变化。随着凝固速率的加快,前者的平均尺寸由30μm变为6μm,后者的平均尺寸由71μm变为21μm。性能测试显示,Mg_2Si/Al复合材料的硬度,抗拉强度和伸长率也都随着凝固速率的提高而有所增长。最佳凝固速率为460℃/s,此时复合材料的硬度、抗拉强度和伸长率分别为169 HV0.2、221 MPa和1.63%。     

预热温度对C_f/Al复合材料微观组织及室温与高温力学性能的影响

以石墨纤维三维五向织物为增强体,铝合金ZL301为基体,采用真空辅助压力浸渗法制备了三维五向增强Cf/Al复合材料,研究了不同预热温度制备的复合材料微观组织特征和界面反应程度,测试了复合材料在室温和高温下的拉伸力学性能并分析了其断口形貌。结果表明:复合材料相对致密度随预热温度提高而增加,纤维局部偏聚现象也明显减少,与此同时,界面反应物Al_4C_3相随预热温度提高而显著增多,530～570℃复合材料室温强度随组织缺陷减少而增大,570～600℃复合材料室温强度随界面反应程度增大而显著降低;高温(300℃)强度随预热温度提高而增加,适当提高界面反应程度有利于提高复合材料高温力学性能,高温拉伸中基体合金回复软化和界面结合强度弱化促进了复合材料断裂过程中的纤维拔出与界面滑移。     

纳米SiC_p/Al复合材料的显微组织与力学性能

采用热压烧结+热挤压法制备了不同SiC_p含量的Al基复合材料,运用XRD、SEM、TEM等研究了不同SiC_p含量的Al基复合材料的显微组织和力学性能,并对断口形貌进行了观察。结果表明,随着SiC_p含量的增加,材料的致密度逐渐降低,但是致密度都高于98%,SiC_p/Al复合材料的晶粒尺寸为亚微米级;不同SiC_p含量的热挤压态和退火态SiC_p/Al复合材料的强度相对挤压态纯Al有较大提高,而伸长率却有所降低;退火处理对挤压态SiC_p/Al复合材料的强度影响较小,且随着SiC_p颗粒含量的增加,退火对SiC_p/Al复合材料塑性的改善效果逐渐减弱。     

热处理对WCp/B4Cp/6063Al复合材料组织与力学性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了WC_p/B₄C_p/6063Al复合材料,通过SEM和TEM对复合材料的显微组织进行了表征,研究了热处理工艺对复合材料力学性能的影响。结果表明,热处理能使复合材料的拉伸强度明显增加,与T4热处理相比,T6热处理能使复合材料获得更大的拉伸强度,但材料的伸长率和冲击韧度要小于T4态的。热处理后复合材料的断裂形貌表现为基体合金的韧性断裂、基体和颗粒间的界面脱粘和颗粒断裂现象。热处理后复合材料出现了新的析出相,这有助于提高复合材料的拉伸强度。